MIT разработи акустичен метод за ранно откриване на дефекти в литиево-йонни батерии

Литиево-йонните батерии и акустични сигнали

Литиево-йонните батерии излъчват слаби звуци при зареждане, разреждане и износване. Доскоро обаче никой не успяваше да интерпретира тези звуци, за да предвиди кога батерията може да загуби мощност, да се повреди или дори да се запали.

Сега инженери от Масачузетския технологичен институт (MIT) са разработили метод, който позволява точното интерпретиране на тези акустични сигнали, дори ако данните са шумни. Тези открития могат да доведат до създаването на сравнително прости, напълно пасивни и безразрушителни устройства за непрекъснат мониторинг на състоянието на батерийните системи, използвани в електрическите превозни средства и мащабните складови системи за енергия.

Декодиране на акустичните емисии

Професор Мартин З. Базан от катедрата по химическо инженерство и математика в MIT обяснява, че чрез внимателна научна работа екипът е успял да „декодира акустичните емисии“. Тези звуци се класифицират основно като идващи от газови мехурчета, образувани от странични химични реакции, или от пукнатини, причинени от разширяването и свиването на активния материал в батерията — две от основните причини за деградация и неизправност.

Проучване и методология

Проучването съчетава електрохимически изпитания на работещи батерии с акустични записи на излъчваните звуци, като посредством обработка на сигнала е установена корелация между характеристиките на звука и електрически показатели като напрежение и ток. След това батериите са разглобявани и изследвани под електронен микроскоп, за да се идентифицират пукнатини и други механични дефекти.

Сътрудничество и значимост

В сътрудничество с изследователи от Националната лаборатория Оук Ридж, екипът е доказал, че акустичните емисии могат да сигнализират за образуване на газове, които предхождат термичния бягство — опасен процес, водещ до прегряване и потенциални пожари. По думите на професор Базан, наблюдението на тези звуци е:

„като да видиш първите малки мехурчета във варяща вода, много преди тя да заври“.

Потенциално въздействие

Това откритие има потенциал да революционизира системите за безопасност и управление на батерийните технологии. Традиционно мониторингът на батериите се основава на измерване на електрически параметри и температурни сензори, които обаче могат да пропуснат ранните признаци на вътрешни дефекти или странични реакции. Акустичният метод предоставя допълнителен слой информация, който е пасивен и неинвазивен, без да е необходимо отваряне или физическа намеса в батерията.

Приложение в електромобилите и енергийния сектор

Практическата приложимост на този подход е особено важна в контекста на електромобилите, където безопасността и надеждността на батериите са ключови фактори за потребителската увереност и масово внедряване на устойчив транспорт.

Освен това, при големи енергийни инсталации, използващи батерии за съхранение на енергия от възобновяеми източници, възможността за ранно откриване на потенциални неизправности може да предотврати сериозни аварии и загуби.

Бъдещи планове и развития

Екипът на MIT обмисля интегрирането на акустичните сензори в бъдещи батерийни системи, които да осигуряват непрекъснат мониторинг в реално време и автоматични предупреждения при откриване на аномалии. Това би могло значително да улесни поддръжката и да удължи живота на батериите, както и да намали риска от инциденти.

Освен това, този метод би могъл да бъде използван и в научните изследвания и разработките на нови батерийни материали и технологии, като предоставя ценна обратна връзка за механизми на деградация и начини за подобряване на издръжливостта и капацитета на батериите.

Заключение

В заключение, разчитането на акустичните сигнали от литиево-йонните батерии представлява иновативен подход, който комбинира експериментална наука, математика и технология за обработка на сигнали. Той предлага нов инструмент за повишаване на безопасността и ефективността на батерийните системи, които са сърцето на съвременната мобилност и устойчивата енергетика. Благодарение на тази разработка, бъдещето на батерийните технологии изглежда по-светло и по-надеждно.